Varel公司Navigator定向井钻头设计软件和专用钻头

一、内容概述

美国Varel国际公司成立于1947年，是世界上最大的独立供应商，全球钻头市场上的第5大公司，现拥有资本16亿美元，向石油、天然气、采矿和工业市场提供全套的牙轮钻头和固定刀具钻头。该公司技术研发一直走在世界前列，近年来更是开发出众多适用于特殊钻井环境的专用钻头。

Varel国际公司应用其先进的钻头设计软件为导向钻井系统设计配套钻头，该种钻头在钻进的可控性和定向性方面取得了良好的效果。Varel国际公司在设计钻头的过程中主要应用了3个软件：

（1）GeoScience测井数据分析软件

一种室内鉴定岩性和测试岩石强度的应用软件，可以进行钻前和钻后的测井数据分析。

（2）SPOT钻井软件

一种虚拟的钻井模拟器，可以检验不同的切削结构设计和切削齿的布局是否合适。

（3）CFD计算流体力学软件

一种优化钻头流体特性的应用软件，可以确定最佳的喷嘴排列方向，从而优化钻头的水力特性，使设计出的钻头获得最佳效率。

Varel国际公司推出的Navigator系列钻头（图1）是专门设计用于钻定向井的钻头产品，且可根据用户需要为特定用途设计专门的定向轮廓。该公司设计定向钻井用PDC钻头的理念，钻头是影响定向钻井成功与否的最重要因素，且每只钻头的设计都要与配套使用的旋转导向系统（RSS）、井的定向目标以及所钻地层相匹配。一只钻头钻至井眼目标的能力取决于其可导向性以及定向行为。

图1 Navigator系列钻头

Varel国际公司的工程师在设计钻头时会充分考虑配套使用的RSS的类型以及每种类型的功能和钻井特征，在设计过程中应用GeoScience、SPOT和CFD等工具。GeoScience是该公司的机械岩石性质模型，来自GeoScience的信息被输入到SPOT中。SPOT是一种能够对钻头动力学进行精密建模的设计软件，通过在实验室和现场进行单齿试验和全尺寸钻头试验得出，SPOT可为不同的钻井用途进行切削结构优化。CFD（计算流体力学）软件可验证钻头的喷嘴定向位置是否合理，从而保证钻头喷嘴结构和井底清洗效果的最优化。

二、应用范围及应用实例

通过使钻头与具体的钻井系统相匹配，Varel国际公司为用户创下了多项钻井纪录。该公司始终认为根据钻井系统对钻头进行针对性设计是取得成功的必要手段。在设计过程中，工程技术人员首先要确定影响所有设计特征的相关钻头性能标准，通过应用GeoScience软件进行研究之后，设计出钻头的切削结构，然后再用SPOT软件模拟钻井过程，以确保所设计的钻头在机械钻速、耐用性、稳定性和可导向性方面都符合钻井目标的要求。

该公司设计了一种与斯伦贝谢公司Vortex旋转导向系统配套使用的?215.9mm的VRT619 GX钻头。在沙特阿拉伯的一次钻井应用中，该钻头被下入井深1684m、井斜角20°的井内，历时56.5h，钻进1104m，最终以86°的井斜角钻完计划井段，机械钻速比邻井提高了44%。

三、资料来源

黄蕾蕾，薛启龙.2010.国外钻头技术新进展，石油机械，（4）